Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống treo xe tải 4 tấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIKHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌCĐề tài:THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO CHO XE TẢI 4 TẤNSinh viên thực hiện: VŨ ĐỨC NAMLớp Ôtô B K49Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện: Hà Nội, 52009BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIĐộc lập Tự do Hạnh phúcNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên sinh viên: .…………….………….…….. Số hiệu sinh viên: ……………… .…………….………….…….. Số hiệu sinh viên: ………………Khoá:…………………….Khoa: Cơ khí Ngành: ……………….........1.Đầu đề đồ án:………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...2.Các số liệu và dữ liệu ban đầu:……………………………………..……………………………………………..……..…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:………………………………………………………………………………………………………………..….……………………………………………………………………………………………………………………………………..…4.Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):………………………………………………………………………………………………………………………..….…………………………………………………………………………………………………………………………..……5.Họ tên giảng viên hướng dẫn: …………………………………………………..………………………..6.Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………………………………….…………………………….7.Ngày hoàn thành đồ án: …………………………………………………………………..………………..Ngày tháng nămChủ nhiệm Bộ mônGiảng viên hướng dẫnSinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng nămCán bộ phản biệnBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIBẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ và tên sinh viên: ....................................................................... Số hiệu sinh viên: ........................... ....................................................................... Số hiệu sinh viên: ...........................Ngành: ..................................................................................................Khoá: ...................................................Giảng viên hướng dẫn:....................................................................................................................................Cán bộ phản biện:.......................................................................................................................................................1.Nội dung thiết kế tốt nghiệp:.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................2.Nhận xét của cán bộ phản biện:.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Ngày tháng nămCán bộ phản biện

Cán bộ phản biện:

Hà Nội, 5-2009

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Khoá:……….Khoa: Cơ khí Ngành: ………

1. Đầu đề đồ án: ………

………

………

2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… ……

………

………

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……… ….

………

… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……… ….

……… ……

5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……… ………

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……….……….

7. Ngày hoàn thành đồ án: ……… ………

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Số hiệu sinh viên:

Ngành: Khoá:

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

LỜI NÓI ĐẦU Khi ôtô ngày càng hoàn thiện, xã hội ngày càng phát triển về mặt văn hoá, kinh tế

và xã hội thì các tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của dao động cũng cần được xem xét mộtcách nghiêm túc Đối với xe tải, ngoài yêu cầu về độ êm dịu, ngày nay người ta buộcphải chú ý đến các tiêu chí khác như: an toàn hàng hoá, ảnh hưởng của tải trọng độngđến đường (áp lực đường), và mức độ giảm tải trọng, do vậy làm giảm khả năng truyềnlực khi tăng tốc và khi phanh.Trong vận tải ôtô máy kéo, người lái là người quyết định

chủ yếu cho an toàn chuyển động Nếu hệ thống treo của xe có dao động nằm ngoài

phạm vi cho phép (80120 lần/phút) thì sẽ làm tăng lỗi điều khiển của người lái, gây

ra những nguy hiểm đến tính mạng của con người và hàng hoá

Khi ôtô chạy trên đường thường phát sinh ra các lực và mômen tác động lên hệthống treo chúng tạo ra những dao động Các dao động này thường ảnh hưởng xấu tớihàng hoá, tuổi thọ của xe và đặc biệt ảnh hưởng người lái và hành khách ngồi trên xe.Người ta cũng tổng kết rằng, những ôtô chạy trên đường xấu, ghồ ghề so với ôtô chạytrên đường tốt, bằng phẳng thì tốc độ trung bình giảm 4050%, quãng đường chạygiữa hai chu kỳ đại tu giảm từ 3540%, năng suất vận chuyển giảm từ 3540%

Điều đặc biệt nguy hiểm là nếu con người chịu lâu trong tình trạng xe bị rung, xócnhiều sẽ gây mệt mỏi Một số nghiên cứu gần đây về dao động và ảnh hưởng của nó tớisức khoẻ con người đều đi tới kết luận: Nếu con ngời bị ảnh hưởng một cách thườngxuyên của dao động thì sẽ mắc phải bệnh thần kinh và não

Ở những nước phát triển, hệ thống treo của ôtô được quan tâm đặc biệt Chúng

được nghiên cứu đến mức tối ưu làm giảm đến mức thấp nhất những tác hại của nó đếncon người đồng thời làm tăng tuổi thọ của xe cũng như các bộ phận được treo

Ở nước ta hiện nay, công nghệ sản xuất xe hơi cũng không ngừng được cải tiến với

sự trợ giúp về khoa học kỹ thuật của các nước tiên tiến Ngành xản suất ôtô đã từng ước trở thành mũi nhọn của nền kinh tế, đưa đất nước ngày càng vững bước đi lên Chủ

b-Nghĩa Xã Hội Tuy nhiên nền kinh tế Việt Nam vẫn còn yếu so với các nước trên khuvực và trên thế giới Trong ngành giao thông vận tải vẫn còn cho phép lưu hành những

xe kém về chất lượng cũng như không còn đảm bảo về độ bền Khả năng làm việc của

xe và đặc biệt là hệ thống treo của những xe này có dao động quá lớn nằm ngoài phạm

vi cho phép có thể ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ con người Vì vậy vấn đề dặt ra là làmsao thiết kế được những xe này đạt tiêu chuẩn cho phép

Mục tiêu của ngành Công nghiệp ôtô nước ta trong những năm tới là nội địa từngphần và tiến tới nội địa toàn phần sản phẩm ôtô Không chỉ dừng lại ở đó, chúng ta đãbắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an toàn chuyển động hay nóicách khác là tính năng động lực học ôtô, từ đó có những cải tiến hợp lý với điều kiện

sử dụng của nước ta Để hoàn thành được mục tiêu này, chúng ta phải thiết kế các cụm,các chi tiết sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng mặt khác còn phải đảm bảo tínhcông nghệ tại Việt Nam

Trước những yêu cầu thực tế đó trong đồ án tốt nghiệp chuyên ngành ôtô em được

giao nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống treo cho xe tải 4 tấn

Với sự giúp đỡ tận tình của thầy Lưu Văn Tuấn em đã hoàn thành xong đồ án củamình nhưng do năng lực bản thân còn hạn chế và kinh nghiệm thiết kế còn chưa có nênkhông tránh khỏi những thiếu sót Em mong các thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để

em có thể làm tốt hơn trong tương lai

Em xin cám ơn!

Sinh viên

Vũ Đức Nam

MỤC LỤC

Chương 1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 8

1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, điều kiện làm việc 8

1.1.1 Nhiệm vụ 8

1.1.2 Phân loại 8

1.1.3 Yêu cầu 9

1.1.4 Điều kiện làm việc 9

1.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO 9

1.2.1 Hệ thống treo phụ thuộc 9

1.2.2 Hệ thống treo độc lập 12

1.3 KẾT LUẬN 17

1.4 THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG TREO 18

1.4.1 Thiết kế nhíp 18

1.4.2 Thiết kế giảm chấn 20

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG TREO 24

2.1 Lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu 24

2.2 Xác định lực tác dụng lên nhíp 24

2.2.1 Khi xe đầy tải 24

2.2.2 Khi xe không tải 24

2.3 Thiết kế nhíp trước 25

2.3.1 Độ cứng của hệ thống treo C 25

2.3.2 Chọn sơ bộ kích thước nhíp 25

2.3.3 Tính độ cứng, độ võng tĩnh và kiểm tra tần số dao động của nhíp 27

2.3.4 Tính bền nhíp và các chi tiết liên quan 28

2.3.5 Tính bền tai nhíp 31

2.3.6 Tính kiểm tra chốt nhíp 32

2.4 Thiết kế nhíp sau và nhíp sau phụ 32

2.4.1 Nhíp sau chính 32

2.4.2 Nhíp sau phụ 34

2.4.3 Tính độ võng tĩnh của nhíp chính và nhíp phụ 35

2.4.4 Tính bền nhíp chính và nhíp phụ 39

2.4.5 Tính bền tai nhíp 44

2.4.6 Tính kiểm tra chốt nhíp 45

Chương 3 THIẾT KẾ GIẢM CHẤN 46

3.1 Thiết kế giảm chấn trước 46

3.1.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn KG 46

3.1.2 Xác định các kích thước của giảm chấn 48

3.2 Thiết kế giảm chấn sau 54

3.2.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn KG 54

3.2.2 Xác định các kích thước của giảm chấn 56

Chương 4 QUY TRÌNH GIA CÔNG PISTON PHẦN TỬ ĐÀN HỒI 62

4.1 Chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết 62

4.2 Thiết kế các nguyên công gia công chi tiết Pistol 62

4.2.2 Nguyên công 2: Tiện khỏa mặt đáy Pistol, vát mép mặt đáy, tiện khỏa mặt lỗ,

rãnh trên mặt lỗ 64

4.2.3 Nguyên công 3: Tiện khỏa mặt đầu Pistol, tiện khỏa mặt lỗ, rãnh trên mặt lỗ và rãnh xéc măng 65

4.2.4 Nguyên công 4: Khoan doa các lỗ trả mạnh 1,2, lỗ nén nhẹ 1,90 và gia công tinh lỗ 8 làm chuẩn tinh 66

4.2.5 Nguyên công 5: Lấy lỗ 8 làm chuẩn tinh để gia công tinh các mặt còn lại 67

4.2.6 Nguyên công 6: Kiểm tra 67

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Chương 1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, điều kiện làm việc

1.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ôtô với các cầu.Nhiệm vụ chủyếu của hệ thống treo là giúp ôtô chuyển động êm dịu khi đI qua các mặt đường khôngbằng phẳng.Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mômen từ bánh xelên khung hoặc vỏ xe, đảm bảo đúng động học bánh xe

Để đảm bảo chức năng đó hệ thống treo thờng có 3 bộ phận chủ yếu:

Bộ phận dẫn hướng : Có tác dụng đảm bảo đúng động học bánh xe , tức là đảmcho xe chỉ dao động trong mặt phẳng thẳng đứng, bộ phận hướng còn làm nhiệm vụtruyền lực dọc, lực ngang, mô men giữa khung vỏ và bánh xe

Bộphận giảm chấn : Có tác dụng dập tắt nhanh chóng các dao động bằng cách biếnnăng lượng dao động thành nhiệt năng tỏa ra ngoài Việc biến năng lượng dao độngthành nhiệt năng nhờ ma sát Giảm chấn trên ôtô là giảm chấn thủy lực, khi xe dao động,chất lỏng trong giảm chấn được giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lưu và giữa các lớp chấtlỏng với nhau biến thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn tỏa ra ngoài.

- Hệ thống treo loại lò xo xoắn ốc

- Hệ thống treo loại thanh xoắn

+ Loại khí

+ Loại thủy lực :

- Hệ thống treo loại thủy khí kết hợp.

1.1.3 Yêu cầu

+ Độ võng tĩnh ft (sinh ra dưới tác dụng của tảu trọng tĩnh) phải nằm trong giới hạn

đủ đảm bảo tần số dao động thích hợp cần thiết

+ Độ võng động fd (sinh ra khi ô tô chuyển động) phảI đủ đảm bảo vận tốc chuyểnđộng của otô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép, ở giới hạn này không có sự

va đập lên bộ phận hạn chế

+ Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướngdịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là chiều rộng cơ sở và các góc đặt trụđứng của bánh xe dẫn hướng không đổi)

+ Có hệ số cản thích hợp để dập tắt nhanh dao động của vỏ và bánh xe

+ Đảm bảo sự tương ứng giữa động học của bánh xe với động học của dẫn động lái,dẫn động phanh

+ Giảm tải trọng động khi ô tô qua đường ghồ ghề

+ Phải đảm bảo an toàn, dễ sửa chữa, thay thế và giá thành hợp lý Ngoài ra có thểchế tạo được với trình độ công nghệ sản xuất trong nước

1.1.4 Điều kiện làm việc

+ Làm việc trong điều kiện luôn chịu tải trọng tác dụng từ khối lượng được treo lên

hệ thống

+ Chịu tác dụng của các phản lực từ mặt đường tác dụng ngược lên

+ Các bộ phận trong hệ thống làm việc trong điều kiện bị biến dạng, va đập và dịchchuyển tương đối

1.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO

Hiện nay trên ôtô sử dụng hệ thống treo với nhiều dạng khác nhau Có kết cấuthay đổi tùy theo từng xe cụ thể, tùy theo nhà sản xuất Nhưng nhìn chung chúng đềunằm ở hai dạng là : Hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập

1.2.1 Hệ thống treo phụ thuộc

Nguyên lý hoạt động

Hai bánh xe trái và phải được nối nhau bằng một dầm cứng nên khi dịch chuyểnmột bánh xe trong mặt phẳng ngang thì bánh xe còn lại cũng dịch chuyển Do đó hệthống treo phụ thuộc không thể đảm bảo đúng hoàn toàn động học của bánh xe dẫnhướng

Hệ thống treo phụ thuộc thường được sử dụng trong hệ thống treo cầu sau củaôtô du lịch và ở tất cả các cầu của otô tải, ôtô khách loại lớn

Ưu điểm

+ Trong quá trình chuyển động, vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra mònlốp nhanh như ở hệ thống treo độc lập

+ Khi ôtô quay vòng chỉ có thùng xe nghiêng còn cầu xe vẫn thăng bằng, do đó lốp

ít mòn

+ Khi chịu lực bên (lực ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xe liên kết cứng,

vì vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe

+ Kết cấu đơn giản,rẻ tiền, nhíp vừa làm nhiệm vụ đàn hồi vừa làm nhiệm vụ dẫnhướng

+ Số khớp quay ít và không càn phải bôi trơn khớp quay

+ Dễ chế tạo, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành rẻ

+ Nếu hệ thống treo phụ thuộc đặt ở bánh xe dẫn hướng, độ nghiêng của hai bánh

xe sẽ thay đổi khi một bánh xe dịch chuyển thẳng đứng, làm phát sinh mômen do hiệuứng con quay, ảnh hưởng đến các dịch chuyển góc của các cầu và các bánh xe dẫnhướng quanh trục quay

+ Khó bố trí các cụm của ôtô nếu đặt hệ thống treo phụ thuộc ở đằng trước

Một số hệ thống treo phụ thuộc đang dùng phổ biến cho ôtô :

Do đó kết cấu hệ thống treo sẽ đơn giản

+ Với chức năng là bộ phận dẫn hướng, nhíp có thể truyền được lực dọc (lực kéohoặc lực phanh) và lực ngang từ bánh xe qua cầu xe lên khung

+ Chức năng đàn hồi theo phương thẳng đứng

+ Ngoài ra nhíp cũng có khả năng truyền các mômen từ bánh xe lên khung.Đó làmômen kéo hoặc mômen phanh

+ Đường đặc tính đàn hồi đòi hỏi phải là đường cong nhưng trong thực tế độ cứngcủa bản thân nhíp lại là hằng số.

Hình 1 Hệ thống treo loại nhíp lá ở cầu không chủ động.

1.2.1.b Hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi là lò xo trụ

Hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là lò xo trụ có thể được bố trí ở cầu bị

động hoặc ở cầu chủ động

Hình 2 Hệ thống treo phụ thuộc kiểu lò xo trụ.

a) ở cầu trước B) ở cầu sau.

Ưu điểm

+ Nếu có cùng độ cứng và độ bền thì lò xo trụ có trọng lượng nhẹ hơn nhíp.

+ Lò xo trụ có tuổi thọ lớn hơn nhíp, khi làm việc giữa các vành lò xo không có masát như giữa các lá nhíp, không phải bảo dưỡng và chăm sóc như chăm sóc nhíp

Hệ thống treo độc lập thường được sử dụng ở cầu trước ôtô du lịch, hiện nay có một

số loại ô tô sử dụng hệ thống treo độc lập cho tất cả các cầu

Ưu điểm

+ Khi dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang bánh xe kia vẫn đứng nguyên,

do đó động học bánh xe dẫn hướng được giữ đúng

+ khả năng quay vòng của xe tốt hơn, vì khi quay vòng đảm bảo được vận tốc quaycủa hai bánh xe trái và phải không bị ràng buộc nhiều như ở hệ thống treo phụ thuộc + Khối lượng không được treo của hệ thống nhỏ hơn so với hệ thống treo phụ thuộc.

Do đó tăng trọng lượng bám, tăng độ êm dịu của ôtô

+ Đảm bảo khi dịch chuyển, các bánh xe không làm thay đổi các góc đặt bánh xe vàchiều rộng cơ sở, do đó làm triệt tiêu hoàn toàn sự lắc của bánh xe đối với trụ đứng,dẫn đến không phát sinh mômen hiệu ứng con quay khi các bánh xe dịch chuyển thẳngđứng

Nhược điểm

+ Kết cấu phức tạp gồm nhiều chi tiết

+ Trong quá trình chuyển động, vết bánh xe không cố định do vậy xảy ra tình trạng mòn lốp nhanh

+ Khi chịu lực bên (ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xe không liên kết cứng,

vì vậy xảy ra hiện tượng trượt bên bánh xe

Một số hệ thống treo độc lập dùng cho ôtô

+ Hệ treo đòn dọc

+ Hệ treo trên 2 đòn ngang

+ Hệ treo Macpherson

+ Hệ treo đòn chéo

+ Hệ treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn

1.2.2.a Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn treo dọc

Hình 3 - Hệ thống treo độc lập với phần tử đàn hồi là lò xo với đòn treo dọc

1- Khung xe; 2- Phần tử đàn hồi lò xo; 3- Giảm chấn ống thuỷ lực; 4- Bánh xe; 5- Đòn treo

dọc; 6- Khớp bản lề

Ưu điểm

+ Có trọng lượng phần không được treo bé và chiều rộng cơ sở không thay đổi.

+ Giảm nhẹ được lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay, đồng thời không cần dùng đến thanh ổn định (dùng đòn liên kết có độ cứng nhỏ)

+ Không có moment hiệu ứng con quay ở bánh xe dẫn hướng, không gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe, động học dẫn động lái đúng

Nhược điểm

+ Đòi hỏi công nghệ hàn cao, tải trọng đặt lên cầu xe hạn chế và có thể làm quay trục cầu xe khi đi trên đường vòng ở trạng thái quay vòng thừa

1.2.2.b Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang

Sơ đồ của hệ thống treo độc lập hai đòn ngang có chiều dài bằng nhau gọi là hệ thống treo có cơ cấu hướng hình bình hành

Sơ đồ của hệ thống treo độc lập hai đòn ngang có chiều dài không bằng nhau gọi là

hệ thống treo có cơ cấu hướng hình thang

Hình III.4 - a) Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang hình bình hành

b) Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang hình thang

Ưu điểm

+ Khắc phục được sự phát sinh moment hiệu ứng con quay

+ Triệt tiêu được sự rung của bánh xe đối với trục đứng

+ Khắc phục được sự thay đổi độ nghiêng mặt phẳng quay của bánh xe

+ Trọng tâm xe thấp, độ nghiêng thùng xe khi chịu lực ly tâm nhỏ

+ Góc lệch và chuyển vị nhỏ nên có khả năng ổn định khi chuyển động ở tốc độ cao + Khối lượng của phần không treo nhỏ đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động trên đường gồ ghề

Nhược điểm

+ Kết cấu phức tạp, chiếm khoảng không gian lớn trên xe

+ Do sự thay đổi B tương đối lớn nên lốp nhanh mòn

+ Độ ổn định ngang của bánh xe kém

+ Động học của bánh xe phụ thuộc vào độ dài của đòn dưới

+ Chiều rộng cơ sở cũng như độ nghiêng bên thay đổi

1.2.2.c Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo loại Macpherson

Hình III.5 - hệ thống treo kiểu Macpherson

Ưu điểm

+ Có khả năng điều chỉnh chiều cao thân xe khi xe chạy ở tốc độ cao

+ Tăng độ ổn định của phần thân vỏ xe nhờ bố trí thêm một thanh ổn định

Khuyết điểm

+ Kết cấu phức tạp, khó bảo dưỡng

+ Giá thành cao

1.2.2.d Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo

Hình III.6 - hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo

Ưu điểm

+ Tăng độ cứng vững nên tăng khả năng chịu lực ngang

+ Giảm thiểu sự thay đổi của góc đặt bánh xe (độ chụm, vết bánh xe và góc nghiêng ngang của trụ đứng) xảy ra do bánh xe dao động trong phương thẳng đứng

+ Kết cấu đơn giản và chiếm ít không gian

Khuyết điểm

+ Giá thành cao

1.2.2.e Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn

Hình III.7 - Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi thanh xoắn

Ưu điểm

+ Kết cấu, kích thước và trọng lượng của phần tử đàn hồi nhỏ

+ Không gian chiếm chỗ ít, bố trí thuận tiện

+ Đảm bảo tính chịu lực cao cho xe trong mọi điều kiện

Khuyết điểm

+ Giá thành cao

1.2.2.f Hệ thống treo loại thăng bằng

Được sử dụng cho các loại ôtô ba cầu (có cầu thứ hai và thứ ba gần nhau), ôtô bốn cầu và nhiều rơmooc

Ưu điểm

+ Đảm bảo tải trọng thẳng đứng tác động lên bánh xe ở các cầu như nhau, cũng như là các bánh xe bên trái và các bánh xe bên phải

Hình III.8 - Hệ thống treo thăng bằng

+ Giảm được độ cứng của hệ thống treo làm tăng độ êm dịu

+ Đẩy được sự cộng hưởng xuống vùng có tần số thấp hơn, giảm được gia tốc thẳng đứng của buồng lái, giảm được sự dịch chuyển của vỏ và bánh xe

+ Đường đặc tính của hệ thống treo khí là phi tuyến và tăng đột ngột trong cả hành trình nén và hành trình trả Do đó khối lượng phần được treo và không được treo dù bị giới hạn do các dịch chuyển tương đối thì độ êm dịu của hệ thống vẫn lớn

+ Không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lượng phần tử đàn hồi bé, giảm được chấn động cũng như giảm được tiếng ồn từ bánh xe lên buồng lái

+ Có thể thay đổi được ví trí của vỏ xe với mặt đường tức là thay đổi được chiều cao chất tải

Nhược điểm

+ Phải bố trí thêm hệ thống cung cấp khí như bình chứa, máy nén

+ Hệ thống treo khí yêu cầu phải sử dụng thêm phần điều chỉnh hệ thống treo (điều chỉnh vị trí của thùng xe và điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo)

công ty ôtô trong nước, ta chọn hệ thống treo cho cầu trước và cầu sau cho xe thiết

kế là hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi là nhíp.

+ Hệ thống treo này có kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, sửa chữa và thay thế nên giá thành rất cạnh tranh Kết cấu của hệ thống đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được tính êm dịu của ôtô khi làm việc

Do một số tính chất mà chỉ có nhíp mới có được (vừa là bộ phận đàn hồi, vừa là bộ hướng và có thể tham gia giảm chấn) Mặc dù nhíp vẫn còn một số hạn chế nhưng vẫn

có thể khắc phục được tương đối tốt một số điểm còn chưa hoàn thiện

+ Hệ thống treo cầu sau xe tải dùng hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá (đây vừa là

bộ phận đàn hồi vừa là bộ phận hướng), bộ phận giảm chấn dùng loại thủy lực, loại tác động 2 chiều

1.4 THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG TREO

Hình III.9 - Kết cấu của nhíp

Lá nhíp chính làm việc căng thẳng nhất nên người ta chế tạo lá nhíp chính dày hơn

Độ cong của mỗi lá nhíp được gọi là độ võng Do lá nhíp ngắn có độ võng lớn hơn, nên độ cong của nó lớn hơn các lá nhíp dài Khi bulông định tâm được xiết chặt các lá nhíp bị giảm độ võng một chút làm cho hai đầu lá phía dưới ép chặt vào lá phía trên

Sơ đồ đơn giản nhất của hệ thống treo phụ thuộc là hai nhíp có dạng nửa elip

Tính chất dịch chuyển của cầu đối với vỏ phụ thuộc vào thông số của nhíp Tổng số khớp cả nhíp là sáu khớp (mỗi một nhíp có ba khớp) Lực dọc X và moment phản lực MY truyền lên khung qua nhíp

Trong quá trình biến dạng, chiều dài của nhíp thay đổi nên hai tai nhíp bắt lên khung hoặc dầm có một đầu cố định còn một đầu di động

Đối với nhíp sau đầu cố định ở phía trước đầu di động nằm ở phía sau, cách bố trí các đầu cố địnhvà di động này phụ thuộc vào mối quan hệ giữa hệ thống treo và các hệ thống khác

Các lá nhíp chịu tải thì thớ trên chịu kéo, thớ dưới chịu nén nên tiết diện các lá nhíp

có dạng như sau:

Hình III.10 - Tiết diện của các lá nhíp

1.4.1.b Một số nhược điểm của nhíp

- Giảm bớt lực tác động lên nhíp Để nhíp đỡ bị xoắn đầu nhíp đặt vào trong các gối cao su và đua thêm ụ đỡ phụ để giới hạn moment tác dụng lên nhíp khi phanh + Giảm ứng suất trong nhíp

- Bằng cách hạn chế biên độ trung bình của các dao động của bánh xe

với thùng xe Ta đưa thêm vào các phần tử đàn hồi phụ (như cao su làm việc chịu nén)

và làm tăng sức cản của các giảm chấn

- Có thể giảm ứng suất bằng cách thay đổi tiết diện ngang của lá nhíp

làm phân bố lạicác ứng suất pháp tuyến trong lá nhíp Khi nhíp chịu tải các lớp mặt trên của nhíp chịu kéo và các lớp mặt dưới chịu nén

Vì giới hạn chịu mỏi của thép khi kéo kém hơn khi nén nên tiết diện ngang của lá nhíp nên làm vát hai đầu Làm như vậy đường trung hòa sẽ dịch chuyển lên trên (so vớikết cấu có tiết diện ngang là hình chữ nhật) làm cho ứng suất kéo giảm đi Ngoài ra nó còn làm giảm ứng suất tập trung ở các góc tiết diện

- Đầu lá nhíp làm theo hình trái xoan và mỏng hơn thân sẽ làm tăng độ đàn hồi đầu lá nhíp Đồng thời làm cho ứng suất trong nhíp phân bố đều hơn và ma sát giữa các

lá nhíp ít đi

+ Tăng độ cứng bề mặt lá nhíp

- Lá nhíp bị mỏi do ứng suất kéo, thường có vết nứt ở các góc của tiết diện hay trên mặt làm việc của các lá(do ma sát giữa các lá nhíp sinh ra ứng suất tiếp xúc cao kếthợp với điều kiện dao động gây nên)

+ Đường đặc tính của nhíp là đường thẳng

Đường đặc tính đàn hồi đòi hỏi phải là đường cong nhưng thực tế độ cứng của nhíp lại là hằng số Vì thế cần phải làm cho độ cứng của nhíp thay đổi theo tải trọng

Có thể thay đổi độ cứng của nhíp một ít bằng cách đặt nghiêng móc treo nhíp (khoảng

5O khi không tải)

+ Ma sát giữa các lá nhíp cần hạn chế bé hơn (5 + 8)%

- Có thể làm giảm ma sát bằng cách bôi trơn tốt các lá nhíp, giảm số lá nhíp

- Đặt các tấm đệm giữa các lá nhíp không những làm giảm lực ma sát mà còn làm quy luật thay đổi lực ma sát tốt hơn

1.4.2 Thiết kế giảm chấn

1.4.2.a Công dụng, yêu cầu, phân loại bộ giảm chấn

Công dụng

+ Giảm chấn để dập tắt các dao động của vỏ xe và lốp xe bằng cách chuyển cơ năng của các dao động thành nhiệt năng.

+ Giảm chấn trên ôtô hiện nay chủ yếu là giảm chấn thủy lực nên ma sát

giữa chất lỏng và các lỗ tiết lưu là ma sát chủ yếu để dập tắt dao động

+ Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn đến thùng xe

+ Làm việc ổn định khi ôtô chuyển động trong các điều kiện đường xá khác nhau và nhiệt độ không khí khác nhau

+ Có tuổi thọ cao

+ Trọng lượng và kích thước bé

Phân loại

Người ta phân loại giảm chấn theo hai đặc điểm sau:

+ Theo tỉ số của hệ số cản Kn trong hành trình nén (lúc lốp tiến gần đến khung) và hệ

số cản Kt trong hành trình trả (lúc ôtô đi xa khung) ta có:

- Loại tác dụng một chiều Kn=0 Chấn động chỉ được dập tắt ở hành trình trả tức

là ứng với lúc bánh xe đi xa khung

- Loại giảm chấn hai chiều có đường đặc tính đối xứng Chấn động bị dập tắt ở

cả hai hành trình nén và trả

- Loại giảm chấn hai chiều có đường đặc tính không đối xứng Chấn động bị dậptắt ở cả hai hành trình nén và trả

+ Theo van giảm tải

- Loại có van giảm tải

- Loại không có van giảm tải

Chất lỏng bị dồn từ buồng chứa này sang buồng chứa khác qua những van tiết lưu rất

bé nên chất lỏng chịu sức cản chuyển động rất lớn Sức cản làm dập tắt nhanh các chấnđộng và năng lượng của dao động bị mất biến thành nhiệt năng nung nóng chất lỏng chứa trong giảm chấn

1.4.2.b.1 Giảm chấn đòn

Giảm chấn đòn hai chiều có pittông kép 2 Trong đó có đặt các van ngược làm cho

dầu ở bầu giảm chấn luôn chảy vào làm đầy buồng chứa 1 và 3 Pittông ngăn xi lanh ralàm hai buồng chứa 1 và 3.Thể tích của buồng 1 và 3 thay đổi khi pittông dịch chyển qua lại tương ứng với hành trình nén và trả nhờ cam quay 4 đặt vào giữa pittông kép

1.4.2.b.2 Giảm chấn ống

Hình III.13 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của giảm chấn ống

1 - Tai giảm chấn; 2 - Nắp có ren; 3, 4 - Gioăng làm kín; 5 - Van lá; 6 - Lỗ tiết lưu van nén; 7 - Van lá; 8 - Lò xo van trả mạnh; 9 - Van lá; 10 - Van nén mạnh; 11 - Lò xo van nén mạnh; 12- Ecu điều chỉnh; 13 - Lỗ tiết lưu khi trả; 14 - Pittông giảm chấn; 15- Lỗ tiết lưu khi trả; 16 - Phớt làm kín; 17 - ống xi lanh ngoài; 18 - ống xi lanh trong; 19 - Cần pittông; 20 - Bạc dẫn hướng; 21 - Phớt làm kín; 22 - Lò xo; 23 - Nắp chặn; 24 -

Phớt làm kín.

Ưu điểm

- Giảm chấn ống làm việc với áp suất cực đại nhỏ hơn 6 -8 MN/m2

- Giảm chấn ống nhẹ hơn giảm chấn đòn hai lần.Chế tạo đơn giản hơn và tuổi thọ tương đối cao

1.4.2.b.3 Chọn phương án thiết kế giảm chấn

Sau khi phân tích các loại giảm chấn, dựa trên các điều kiện làm việc của xe thiết kế,

ta chọn giảm chất loại tác dụng hai chiều dạng ống có đường đặc tính không đối xứng

và có van giảm tải là phù hợp nhất

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG

TREO2.1 Lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu

- Hệ thống treo thiết kế ra phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉ tiêu đã đề

ra Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động như tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động

- Trong đồ án tốt nghiệp, ta chỉ lựa chọn theo một chỉ tiêu, đó là chỉ tiêu tần số dao động

-Tuy nhiên khi tính toán hệ thống treo ô tô người ta thường dùng thông số:

Số lần dao động trong 1 phút n: n = 90  120 lần/phút

- Chọn sơ bộ: n = 100 lần/ phút

2.2.1 Khi xe đầy tải

Trọng lượng của xe lúc đầy tải là :80250 N ; phân lên cầu :22500/57750;

Khối lượng phần được treo tác dụng lên hệ thống treo :

2

M

= 50532.10 = 25265 (N)

2.2.2 Khi xe không tải

Trọng lượng bản thân : 40250 N, phân lên cầu : 20250/20000;

Khối lượng phần được treo tác dụng lên hệ thống treo :

1 '

2 '

M

=

2

10 1500

= 7500 (N)

n- số lá nhíp.

b- chiều rộng lá nhíp

hk- chiều dày lá nhíp thứ k

- Chiều dài toàn bộ nhíp Lt có thể chọn sơ bộ như sau:

Đối với xe tải:

Nhíp trước : Lt= (0,26  0,35)L; (L là chiều dài cơ sở của xe)

k k

k

l J

k

k k

k k

l

l l

J  (Khi đó k =1 ứng với lá 2, k = 2 ứng với lá 3, )

Giải hệ phương trình trên ta được :

l1= 680 ; l2 = 680 ; l3= 583 ; l4 = 525 ; l5= 466 ; l6= 407; l7 =348;

l8= 288; l9= 227 ; l10=165 ; l11 = 99 (mm)

Vậy : L = 1450; L = 1450; L = 1256 ; L = 1140; L = 1022; L = 904 ;

L7 = 786; L8= 666; L9= 544 ;L10= 420; L11= 288 ; (mm).

2.3.3 Tính độ cứng, độ võng tĩnh và kiểm tra tần số dao động của nhíp

+ Độ cứng của nhíp đối với trường hợp nhíp đối xứng:

k Y Y a

E C

1

1

3 1

E C

3 1

6 

=

10740

10 85 , 0 10 10 2

= 94972 N/m + Tần số dao động thực tế:

 = 94 lần/phút – thoả mãn yêu cầu

- Như vậy các thông số kích thước của nhíp khá phù hợp về mặt độ cứng hay tần sốdao động cho phép

+ Độ võng tĩnh của nhíp đối với trường hợp nhíp đối xứng:

k Y Y a

1

1 1

2.3.4 Tính bền nhíp và các chi tiết liên quan

- Đối với nhíp 1/2 elip, với lý luận như trên ta coi rằng nhíp bị ngàm chặt ởgiữa Như vậy khi tính toán ta chỉ tính cho một nửa lá nhíp với các

giả thiết sau:

- Coi nhíp là loại 1/4 elip, một đầu được ngàm chặt, một đầu chịu lực

- Bán kính cong của các lá nhíp

bằng nhau, các lá nhíp chỉ tiếp xúc

với nhau ở các đầu mút và lực chỉ

truyền qua đầu mút

- Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa

2 lá nhíp cạnh nhau thì bằng

nhau

- Với các giả thiết trên thì sơ đồ

tính bền nhíp như sau:

- Tại điểm B biến dạng của lá thứ

nhất và lá thứ hai bằng nhau, tương tự

tại điểm S biến dạng của lá thứ k-1 và

lá thứ k bằng nhau Bằng cách lập các biểu thức biến dạng tại các điểm trên và chochúng bằng nhau từng đôi một ta sẽ đi đến 1 hệ n-1phương trình với n-1 ẩn là các giátrị X2, Xn

- Hệ phương trình đó như sau:

A2 P + B2 X2 + C3 X3 = 0

A3 X2 + B3 X3 + C3 X4 = 0 (* *)

.

An Xn-1 + Bn Xn = 0Trong đó:

1

k k

k

l J

k

k k

k

l l

l

lk- Chiều dài tính toán từ quang nhíp đến đầu mút lá nhíp

Jk- Mômen quán tính của các tiết diện lá nhíp,

12

3

k k

1,26.X5 – 2.X6 + 0,74.X7 = 0 1,31.X6 – 2.X7 + 0,69.X8 = 0

1,40.X7 – 2.X8 + 0,60.X9 = 0

1,57.X8 – 2.X9 + 0,43X10 = 0

2.X9-2.X10 = 0

GiảI hệ phương trình trên ta được :

=842,92 mm3

2.3.5 Tính bền tai nhíp

- Sơ đồ tính bền tai nhíp được biểu diễn

trên hình bên Trong đó:

lk

Xk

Xk (lk-lk+1) Xk.lk-Xk+1.lk+1

D

Pk

D- đường kính trong của tai nhíp, chọn D = 50 mm.

.70.4

)8.250.(

75,3445.6

4

).2.(

.6

N/mm2

- ứng suất nén (hoặc kéo) ở tai nhíp là:

nén

08 , 3 8 70 2

75 , 3445

- Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp là thép cỏc bon trung bỡnh có thành phần

các bon (40X), xianua húa thì ứng suất chèn dập cho phép

[chèn dập ] = 3  4 N/mm2

- Kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập:

2 2

2 2

2

/ 7 , 1 70

50

75 , 3445 5

, 4922

mm N Db

P Z



- Kiểm nghiệm theo ứng suất cắt:

2 2

2 2

2

/ 3 , 5 8

70 2

75 , 3445 5

, 4922

b

P Z



 Ứng suất chèn dập và ứng suất cắt sinh ra nhỏ hơn ứng suất cho phép củavật liệu Vậy chốt đảm bảo đủ bền

2.4 Thiết kế nhíp sau và nhíp sau phụ

* Tải trọng đặt lên cả nhíp chính và nhíp phụ ở một bên hệ thống treo Lực tác dụng lênmột bên nhíp

Zs = 25265 (N) Đối với xe tải:

Nhíp sau : Lt = ( 0,35  0,45 )L; (L là chiều dài cơ sở của xe)

k k

k

l J

k

k k

k k

l

l l

Khoảng cách giữa bu lông ngàm nhíp = 90 mm.

- Dựa vào loại xe, tải trọng, kết cấu khung vỏ của xe và kích thước các lá nhíp, ta có bộ thông số sau:

1

k k

k

l J

k

k k

k k

l

l l

Giải hệ phương trình trên ta được :

G'

0: là trọng lượng không tải tác dụng lên hệ thống treo

G' : là trọng lượng của xe tác dụng lên hệ thống treo khi đầy tải